Ei kauan sitten, vuoden puolivälin vastauslehti Hengqinin yhteisestä kehittämisestä Zhuhain ja Macaon välillä oli hitaasti kehittymässä.Yksi rajat ylittävistä optisista kuiduista herätti huomiota.Se kulki Zhuhain ja Macaon kautta toteuttaakseen laskentatehon yhteenliittämisen ja resurssien jakamisen Macaosta Hengqiniin ja rakentaakseen tietokanavan.Shanghai edistää myös "optisen kuparitakaisen" täyskuituisen viestintäverkon päivitys- ja muutosprojektia varmistaakseen korkealaatuisen taloudellisen kehityksen ja paremmat viestintäpalvelut asukkaille.
Internet-teknologian nopean kehityksen myötä käyttäjien Internet-liikenteen kysyntä kasvaa päivä päivältä, kuinka valokuituviestinnän kapasiteettia voidaan parantaa, on tullut kiireellinen ongelma, joka on ratkaistava.
Valokuituviestintäteknologian ilmestymisen jälkeen se on tuonut mukanaan suuria muutoksia tieteen ja teknologian aloilla ja yhteiskunnassa.Laserteknologian tärkeänä sovelluksena optisen kuituviestintätekniikan edustama lasertietotekniikka on rakentanut puitteet nykyaikaiselle viestintäverkolle ja tullut tärkeäksi osaksi tiedonsiirtoa.Optinen kuituviestintätekniikka on tärkeä kantava voima nykyisessä Internet-maailmassa, ja se on myös yksi informaatioajan ydinteknologioista.
Erilaisten uusien teknologioiden, kuten esineiden internetin, big datan, virtuaalitodellisuuden, tekoälyn (AI), viidennen sukupolven matkaviestinnän (5G) ja muiden tekniikoiden, jatkuvan ilmaantumisen myötä tiedonvaihdolle ja siirrolle asetetaan korkeampia vaatimuksia.Ciscon vuonna 2019 julkaisemien tutkimustietojen mukaan globaali vuotuinen IP-liikenne kasvaa 1,5 ZB:stä (1ZB=1021B) vuonna 2017 4,8 ZB:iin vuonna 2022, ja vuotuinen kasvuvauhti on 26 %.Vilkkaan liikenteen kasvutrendin edessä valokuituviestintä, joka on viestintäverkon runko-osa, on valtavien päivityspaineiden alla.Nopeat, suuren kapasiteetin valokuituviestintäjärjestelmät ja -verkot ovat valokuituviestintätekniikan valtavirran kehityssuunta.
Optisen kuituviestintätekniikan kehityshistoria ja tutkimustilanne
Ensimmäinen rubiinilaser kehitettiin vuonna 1960 sen jälkeen, kun Arthur Showlow ja Charles Townes löysivät laserien toiminnan vuonna 1958. Sitten vuonna 1970 kehitettiin ensimmäinen AlGaAs-puolijohdelaser, joka pystyi jatkuvasti toimimaan huoneenlämpötilassa, ja vuonna 1977 puolijohdelaser toteutettiin toimimaan jatkuvasti kymmeniä tuhansia tunteja käytännöllisessä ympäristössä.
Toistaiseksi laserilla on edellytykset kaupalliseen valokuituviestintään.Laserin keksimisen alusta lähtien keksijät tunnistivat sen tärkeän mahdollisen sovelluksen viestinnän alalla.Laserviestintätekniikassa on kuitenkin kaksi ilmeistä puutetta: yksi on se, että suuri määrä energiaa menetetään lasersäteen hajoamisen vuoksi;toinen on, että sovellusympäristö vaikuttaa siihen suuresti, kuten ilmakehän ympäristössä tapahtuva sovellus on merkittävästi alttiina sääolosuhteiden muutoksille.Siksi laserviestinnässä sopiva optinen aaltoputki on erittäin tärkeä.
Fysiikan Nobel-palkinnon saaneen tohtori Kao Kungin ehdottama tiedonsiirtoon käytetty valokuitu vastaa aaltoputkien laserviestintätekniikan tarpeita.Hän ehdotti, että lasivalokuidun Rayleigh-sirontahäviö voi olla hyvin pieni (alle 20 dB/km), ja optisen kuidun tehohäviö johtuu pääasiassa lasimateriaalien epäpuhtauksien aiheuttamasta valon absorptiosta, joten materiaalin puhdistaminen on avainasemassa. vähentää optisen kuidun häviötä Key, ja huomautti myös, että yksimuotoinen siirto on tärkeää hyvän viestinnän suorituskyvyn ylläpitämiseksi.
Vuonna 1970 Corning Glass Company kehitti kvartsipohjaisen monimuotoisen optisen kuidun, jonka häviö on noin 20 dB/km tohtori Kaon puhdistusehdotuksen mukaan, mikä teki optisesta kuidusta todellisuutta viestintävälineissä.Jatkuvan tutkimuksen ja kehityksen jälkeen kvartsipohjaisten optisten kuitujen häviö lähestyi teoreettista rajaa.Toistaiseksi valokuituviestinnän ehdot ovat täyttyneet täysin.
Varhaiset optiset kuituviestintäjärjestelmät omaksuivat suoran havaitsemisen vastaanottomenetelmän.Tämä on suhteellisen yksinkertainen optinen kuituviestintämenetelmä.PD on neliömäinen ilmaisin, ja vain optisen signaalin intensiteetti voidaan havaita.Tämä suoran ilmaisun vastaanottomenetelmä on jatkunut 1970-luvun ensimmäisen sukupolven valokuituviestintätekniikasta 1990-luvun alkuun.
Taajuuksien käytön lisäämiseksi kaistanleveyden sisällä meidän on lähdettävä kahdesta näkökulmasta: toinen on käyttää tekniikkaa Shannonin rajan saavuttamiseksi, mutta taajuuksien tehokkuuden kasvu on lisännyt tietoliikenne-kohinasuhteen vaatimuksia, mikä vähentää lähetysetäisyys;Toinen on vaiheen täysimääräinen hyödyntäminen. Polarisaatiotilan tiedonsiirtokykyä käytetään siirtoon, joka on toisen sukupolven koherentti optinen viestintäjärjestelmä.
Toisen sukupolven koherentti optinen viestintäjärjestelmä käyttää optista sekoitinta intradyne-ilmaisuun ja ottaa käyttöön polarisaatiodiversiteettivastaanottoa, eli vastaanottopäässä signaalivalo ja paikallinen oskillaattorivalo jaetaan kahdeksi valonsäteeksi, joiden polarisaatiotilat ovat ortogonaalisia. toisilleen.Tällä tavalla voidaan saavuttaa polarisaatiolle epäherkkä vastaanotto.Lisäksi on huomautettava, että tällä hetkellä taajuuden seuranta, kantoaallon vaiheen palautus, taajuuskorjaus, synkronointi, polarisaation seuranta ja demultipleksointi vastaanottopäässä voidaan kaikki suorittaa digitaalisella signaalinkäsittelytekniikalla (DSP), mikä yksinkertaistaa huomattavasti laitteistoa. vastaanottimen suunnittelu ja parannettu signaalin palautuskyky.
Joitakin optisen kuituviestintätekniikan kehittämisen haasteita ja huomioita
Erilaisten teknologioiden soveltamisen kautta akateemiset piirit ja teollisuus ovat periaatteessa saavuttaneet valokuituviestintäjärjestelmän spektritehokkuuden rajan.Siirtokapasiteetin kasvattaminen voidaan jatkaa vain lisäämällä järjestelmän kaistanleveyttä B (lineaarisesti kasvava kapasiteetti) tai lisäämällä signaali-kohinasuhdetta.Tarkka keskustelu on seuraava.
1. Ratkaisu lähetystehon lisäämiseen
Koska suuren tehonsiirron aiheuttamaa epälineaarista vaikutusta voidaan vähentää lisäämällä oikein kuidun poikkileikkauksen tehollista pinta-alaa, on ratkaisu tehon lisäämiseen käyttää siirtoon yksimuotokuitua muutamamuotokuitua.Lisäksi tällä hetkellä yleisin ratkaisu epälineaarisiin tehosteisiin on käyttää DBP (digital backpropagation) -algoritmia, mutta algoritmin suorituskyvyn parantaminen johtaa laskennan monimutkaisuuden lisääntymiseen.Viime aikoina koneoppimisteknologian tutkimus epälineaarisessa kompensaatiossa on osoittanut hyvän sovellusnäkymän, mikä vähentää huomattavasti algoritmin monimutkaisuutta, joten DBP-järjestelmän suunnittelua voidaan jatkossa avustaa koneoppimisella.
2. Kasvata optisen vahvistimen kaistanleveyttä
Kaistanleveyden lisääminen voi rikkoa EDFA:n taajuusalueen rajoituksen.C-kaistan ja L-kaistan lisäksi sovellusalueeseen voidaan sisällyttää myös S-kaista ja vahvistukseen voidaan käyttää SOA- tai Raman-vahvistinta.Nykyisessä valokuidussa on kuitenkin suuri häviö muilla taajuuskaistoilla kuin S-kaistalla, ja on tarpeen suunnitella uudentyyppinen optinen kuitu siirtohäviön vähentämiseksi.Mutta muille bändeille kaupallisesti saatavilla oleva optinen vahvistustekniikka on myös haaste.
3. Pienen siirtohäviön optisen kuidun tutkimus
Pienen siirtohäviön kuitujen tutkimus on yksi tämän alan kriittisimmistä kysymyksistä.Ontto ydinkuidulla (HCF) on mahdollisuus pienempään siirtohäviöön, mikä vähentää kuidun lähetyksen aikaviivettä ja voi poistaa kuidun epälineaarisen ongelman suurelta osin.
4. Avaruusjakomultipleksointiin liittyvien teknologioiden tutkimus
Avaruusjakoinen multipleksointitekniikka on tehokas ratkaisu yhden kuidun kapasiteetin lisäämiseen.Erityisesti siirtoon käytetään moniytimistä optista kuitua ja yhden kuidun kapasiteetti kaksinkertaistetaan.Ydinkysymys tässä suhteessa on, onko olemassa tehokkaampaa optista vahvistinta., muuten se voi vastata vain useita yksiytimistä optisia kuituja;Käyttämällä moodijakokanavointitekniikkaa, joka sisältää lineaarisen polarisaatiotilan, vaihesingulaarisuuteen perustuvan OAM-säteen ja polarisaatiosingulaarisuuteen perustuvan sylinterimäisen vektorisäteen, tällainen tekniikka voidaan käyttää. Säteen multipleksointi tarjoaa uuden vapauden asteen ja parantaa optisten viestintäjärjestelmien kapasiteettia.Sillä on laajat sovellusmahdollisuudet valokuituviestintäteknologiassa, mutta myös niihin liittyvien optisten vahvistimien tutkimus on haaste.Lisäksi huomion arvoinen on, kuinka tasapainottaa järjestelmän monimutkaisuus, joka johtuu differentiaalisen moodiryhmän viiveestä ja monituloisen monilähtöisen digitaalisen taajuuskorjauksen tekniikasta.
Optisen kuituviestintäteknologian kehitysnäkymät
Optinen kuituviestintätekniikka on kehittynyt alkuperäisestä hitaasta lähetyksestä nykyiseen nopeaan siirtoon, ja siitä on tullut yksi tietoyhteiskuntaa tukevista runkotekniikoista, ja se on muodostanut valtavan kurinalaisuuden ja sosiaalisen kentän.Tulevaisuudessa yhteiskunnan tiedonsiirron kysynnän kasvaessa valokuituviestintäjärjestelmät ja verkkoteknologiat kehittyvät kohti erittäin suurta kapasiteettia, älykkyyttä ja integraatiota.Lähetyksen suorituskykyä parantaen ne jatkavat kustannusten alentamista ja ihmisten toimeentuloa sekä auttavat maata rakentamaan tietoa.yhteiskunnalla on tärkeä rooli.CeiTa on tehnyt yhteistyötä useiden luonnonkatastrofijärjestöjen kanssa, jotka voivat ennustaa alueellisia turvallisuusvaroituksia, kuten maanjäristyksiä, tulvia ja tsunamit.Se tarvitsee vain liittää CeiTan ONU:hun.Kun luonnonkatastrofi tapahtuu, maanjäristysasema antaa ennakkovaroituksen.ONU-hälytysten alla oleva pääte synkronoidaan.
(1) Älykäs optinen verkko
Verrattuna langattomaan viestintäjärjestelmään älykkään optisen verkon optinen viestintäjärjestelmä ja verkko ovat vielä alkuvaiheessa verkon konfiguroinnin, verkon ylläpidon ja vikadiagnoosin suhteen, ja älykkyysaste on riittämätön.Yhden kuidun valtavasta kapasiteetista johtuen kuituvaurioilla on suuri vaikutus talouteen ja yhteiskuntaan.Siksi verkkoparametrien seuranta on erittäin tärkeää tulevaisuuden älyverkkojen kehittämisen kannalta.Tältä osin jatkossa huomioitavia tutkimussuuntia ovat: yksinkertaistettuun koherenttiteknologiaan ja koneoppimiseen perustuva järjestelmäparametrien valvontajärjestelmä, koherenttiin signaalianalyysiin perustuva fyysisen suuren seurantateknologia ja vaiheherkkä optinen aika-alueheijastus.
(2) Integroitu tekniikka ja järjestelmä
Laiteintegroinnin ydintarkoitus on kustannusten alentaminen.Optisessa kuituviestintätekniikassa lyhyen matkan nopea signaalien siirto voidaan toteuttaa jatkuvalla signaalin regeneroinnilla.Kuitenkin vaihe- ja polarisaatiotilan palautumisongelmien vuoksi koherenttien järjestelmien integrointi on edelleen suhteellisen vaikeaa.Lisäksi, jos laajamittainen integroitu optis-sähkö-optinen järjestelmä voidaan toteuttaa, myös järjestelmän kapasiteetti paranee merkittävästi.Alhaisen teknisen tehokkuuden, suuren monimutkaisuuden ja integrointivaikeuksien kaltaisten tekijöiden vuoksi on kuitenkin mahdotonta edistää laajalti täysin optisia signaaleja, kuten täysin optista 2R (uudelleenvahvistus, uudelleenmuotoilu), 3R (uudelleenvahvistus). , uudelleenajoitus ja uudelleenmuotoilu) optisen viestinnän alalla.käsittelytekniikka.Siksi integraatioteknologian ja järjestelmien osalta tulevaisuuden tutkimussuunnat ovat seuraavat: Vaikka olemassa oleva avaruusjakomultipleksausjärjestelmien tutkimus on suhteellisen rikasta, avaruusjakoisten multipleksointijärjestelmien avainkomponentit eivät ole vielä saavuttaneet teknisiä läpimurtoja akateemisessa ja teollisuudessa, ja lisävahvistusta tarvitaan.Tutkimus, kuten integroidut laserit ja modulaattorit, kaksiulotteiset integroidut vastaanottimet, erittäin energiatehokkaat integroidut optiset vahvistimet jne.;uudentyyppiset optiset kuidut voivat laajentaa merkittävästi järjestelmän kaistanleveyttä, mutta lisätutkimusta tarvitaan vielä sen varmistamiseksi, että niiden kattava suorituskyky ja valmistusprosessit voivat saavuttaa olemassa olevan yksittäisen kuitutason;tutkia erilaisia laitteita, joita voidaan käyttää viestintälinkin uuden kuidun kanssa.
(3) Optiset viestintälaitteet
Optisissa viestintälaitteissa piifotonilaitteiden tutkimus ja kehittäminen on tuottanut alkutuloksia.Kotimainen tutkimus perustuu kuitenkin tällä hetkellä pääosin passiivisiin laitteisiin ja aktiivisten laitteiden tutkimus on suhteellisen heikkoa.Optisten viestintälaitteiden osalta tulevaisuuden tutkimussuuntia ovat: aktiivisten laitteiden ja piioptisten laitteiden integraatiotutkimus;ei-piin optisten laitteiden integrointiteknologian tutkimus, kuten III-V materiaalien ja substraattien integrointiteknologian tutkimus;uusien laitteiden tutkimus- ja kehitystyön edelleen kehittäminen.Seuranta, kuten integroitu litiumniobaatti-optinen aaltoputki, jonka edut ovat suuri nopeus ja alhainen virrankulutus.
Postitusaika: 03.08.2023
